Przełomy przybliżają przetwarzanie kwantowe

Obliczenia kwantowe mogą zmienić sposób, w jaki rozwiązujemy złożone problemy i przetwarzamy ilości danych, które wcześniej uważano za niemożliwe do obsłużenia.

Komputery kwantowe mogą wykonywać obliczenia w ciągu kilku sekund, które zajęłyby tysiące lat niż dzisiejsze komputery.

Jest to możliwe dzięki wykorzystaniu unikalnych zdolności cząstek kwantowych (lub kubitów), aby móc znajdować się w dwóch miejscach jednocześnie i tajemniczo komunikować się ze sobą, nawet jeśli dzielą je miliony kilometrów.

Wszystko, od produkcji wydajniejszych silników, przez symulacje reakcji chemicznych, po opracowywanie nowych leków i mocniejszych komputerów, może prowadzić do wielu innowacyjnych przełomów w różnych dyscyplinach naukowych i technologiach.

Chociaż brzmi to obiecująco, zbudowanie praktycznych komputerów kwantowych było wyzwaniem dla inżynierów. Sprawienie, by kubity szybko i dokładnie przemieszczały się między chipami kwantowymi, od dawna stanowi główną przeszkodę.

W lutym naukowcy z University of Sussex w Wielkiej Brytanii ogłosili wielki przełom, po tym jak udało im się sprytnie rozwiązać ten problem za pomocą pól elektrycznych. Informacje kwantowe były przesyłane między chipami z rekordową prędkością, z dokładnością przekraczającą 99 procent.

Wykazanie, że można połączyć dwa chipy do obliczeń kwantowych, otworzyło drogę do skalowalności, ponieważ oznacza to, że chipy można łączyć ze sobą, jak piłę łańcuchową, w celu stworzenia potężnych procesorów.

Firmy, w tym Google i IBM, od dziesięcioleci próbują konstruować proste komputery kwantowe w wolnym tempie. Przenoszenie informacji między slajdami okazuje się trudne, zwłaszcza przy próbie szybkiego i niezawodnego przenoszenia danych z jednego punktu do drugiego bez powodowania błędów.

Proste obliczenia kwantowe można wykonać w warunkach laboratoryjnych, ale w prawdziwym świecie technologia ta będzie musiała działać w niedoskonałych i nieprzewidywalnych środowiskach.

Wszystko, od wahań napięcia po błądzenie pól elektromagnetycznych z innych urządzeń, może zakłócić delikatną równowagę cząstek kwantowych.

Podczas transakcji w sferze subatomowej kluczowa jest czułość, więc takie przełomy mogą wkrótce doprowadzić do lepszego zrozumienia wykorzystania technologii przetwarzania kwantowego.

Zanim komputery kwantowe obiecują ujawnić naukowcom więcej tajemnic rzeczywistości, pozostaje wiele wyzwań.

Komputery kwantowe muszą być przechowywane w mroźnej temperaturze zera bezwzględnego, aby zmniejszyć zakłócenia, które mogą powodować problemy, gdy wchodzą do kluczowych obiektów badawczych. Utrzymanie warunków wystarczająco stabilnych, aby cząstki subatomowe mogły działać magicznie, jest bardzo trudne, a technologia jest wciąż w powijakach.

Dokonuje się powolnych postępów i jakkolwiek prymitywny może być ich obecny stan, ich przyszły potencjał jest dobrym motywatorem.

Kiedy w 1947 roku powstał pierwszy tranzystor do nowoczesnych, tradycyjnych komputerów, nikt nie mógł przewidzieć wpływu, jaki wywrze on na nadchodzące dziesięciolecia, gdy smartfony i laptopy będą dostępne za nieco ponad pół wieku.

Mimo to przekonanie, że obliczenia kwantowe doprowadzą w najbliższej przyszłości do przełomowych technologii, motywuje naukowców do pójścia naprzód. Jak długo może zająć dotarcie do tego punktu, nikt nie jest pewien.

Przewidywanie przyszłych technologii zawsze stanowi wyzwanie, ponieważ wiele technologii przechodzi fale wzlotów i upadków. Na przykład postęp w zakresie magazynowania energii w akumulatorach od wielu lat stoi w miejscu, co z kolei hamuje wiele innych obszarów innowacji.

Jednak nasze rozumienie genetyki i edycji genów przeżyło renesans w ciągu ostatnich 10 lat, wraz z nowymi terapiami komórek macierzystych na raka, takimi jak obecnie dostępne terapie Car-T, które byłyby niemożliwe nawet 15 lat temu. Mamy nadzieję, że obliczenia kwantowe pójdą w ślady tych drugich, oferując nam nowy wgląd w to, jak możemy zwiększyć innowacyjność w różnych dyscyplinach naukowych.